CN105812212A - 基于物联网的办公建筑电气设备管理系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于物联网的办公建筑电气设备管理系统与方法，包括由若干服务器、若干物联网节点、若干智能终端及若干建筑电气设备组成的物联网，建筑电气设备通过智能终端连接至物联网节点；若干服务器包括应用程序服务器及数据服务器；建筑电气设备的信息传输至应用程序服务器并存储在数据服务器端数据库中，建筑电气设备的操作事件记录在应用程序服务器中进行信息处理和汇总继而实现对电气设备的动态管理。本发明应用在办公建筑、生态小区、智慧城市中电气设备管理中，能有效地对电气设备进行管理，为电气设备进行故障预警和报废提示提供准确的管理方案，保证电气设备高效安全的运行和为电气设备节能研究提供数据支撑。

Description

基于物联网的办公建筑电气设备管理系统与方法

技术领域

本发明涉及建筑智能化技术及电气设备管理领域，具体涉及基于物联网的办公建筑电气设备管理系统与方法。

背景技术

物联网是通过物联网技术组成的复杂网络，它高度集成了通信、计算、控制和物理系统，是一个复杂的、动态的、以人为本的系统，为本发明提供了动态及静态信息采集的手段。

传统的电气设备管理属于资产部门的工作，信息录入都是采用人工输入，没有设备的相关动态信息，设备维护信息的录入也不完整，没有达到动态管理电气设备的目的。

针对这种落后的电气设备管理状况，发明人提出基于物联网的办公建筑电气设备管理系统与方法的发明申请。本申请是基于在先前申请的专利号为2010101760174的基础上，开发出基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，提出相应的电气设备管理方法。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于物联网的办公建筑电气设备管理系统与方法，本发明包括由服务器、物联网节点、智能终端、电气设备构成的物联网、应用服务器、智能手机上的App等组成的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，还包括一种基于物联网的办公建筑电气设备管理方法，用于对建筑电气设备的动态管理，能提升传统电气设备管理的水平，及时掌握电气设备的运维状态，为节能优化提供数据基础。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，包括由若干服务器、若干物联网节点、若干智能终端及若干建筑电气设备组成的物联网，建筑电气设备通过智能终端连接至物联网节点；若干服务器包括应用程序服务器及数据服务器；

所述建筑电气设备的信息传输至应用程序服务器并存储在数据服务器端数据库中，建筑电气设备的操作事件记录在应用程序服务器中进行信息处理和汇总继而实现对电气设备的动态管理。

进一步的，所述智能终端和建筑电气设备之间的表明其相互对应关系的对应关系表存储在数据服务器的数据库中。

进一步的，所述物联网中还包括WEB服务器，用于与应用程序服务器通信，将电气设备的静态信息和动态信息进行WEB发布。

进一步的，所述物联网中还包括若干计算机，若干计算机用做工作站或作为用户终端。

进一步的，所述智能终端包括智能开关、智能插座、空调控制器、窗帘控制器、红外转发模块及环境模块。

进一步的，所述建筑电气设备的信息通过人工录入、条形码及二维码扫描、智能终端通过传感器感知进行静态信息和动态信息采集。

进一步的，每个建筑电气设备的静态信息包括生产厂商、国别、铭牌信息、产品序列号或二维码、生产日期、购入时间、固定资产信息、维保记录与信息及产品说明；其动态信息包括对电气设备的操作事件记录、与智能终端的对应关系及传感器感知的参数。

进一步的，所述物联网节点根据所管理智能终端反馈的动作信息，对电气设备动作事件顺序记录并上报给应用程序服务器，应用程序服务器中通过提取顺序记录事件信息及存储的电气设备信息估算电气设备用电量。

进一步的，所述电气设备动作事件形成的SOE信息包括智能节点ID号、智能终端ID号、智能终端动作信息、事件发生时间。

进一步的，所述智能终端和建筑电气设备之间的对应关系根据使用情况修改，当电气设备需要更改与智能终端的对应关联关系时通过智能手机或管理计算机解除原先存储在应用程序服务器中的对应关系后重新确定新的对应关联关系。

基于物联网的办公建筑电气设备管理方法，包括：

采集建筑电气设备信息：电气设备信息采集采用操作事件记录SOE、智能终端通过传感器感知、条形码及二维码扫描和人工输入方式并存互补的方式；

建筑电气设备信息经由物联网传输至应用程序服务器并存储至数据服务器中，建筑电气设备信息包括电气设备静态信息和动态信息；

建筑电气设备的操作事件记录在应用程序服务器中进行信息处理和汇总继而实现对电气设备的动态管理，包括应用程序服务器中通过提取顺序记录事件信息及存储的电气设备信息估算电气设备用电量；

通过计算机或智能手机对建筑电气设备进行查询和管理。

进一步的，所述SOE信息包括以下触发机制：

通过应用程序服务器网页下发操作指令，智能终端执行产生；

通过手机客户端下发指令，智能终端执行产生；

物联网节点内部定时功能发送指令给智能终端并执行产生；

通过直接操作智能终端产生；

物联网节点收到紧急事件按照设定规则对智能终端操作产生。

应用程序服务器中通过提取顺序记录事件信息及存储的电气设备信息估算电气设备用电量，包括：通过电气物联网中的物联网节点对电气设备进行控制，并对电气设备动作事件顺序记录，提取SOE记录中事项记录表中操作记录，确定物联网节点管理下的电气设备的开启、关闭时刻，从而确定电气设备工作时间；

通过在应用程序服务器上电气设备的功率信息及电气设备工作时间，估算电气设备实际用电量。

基于SOE和注册信息估算非空调用电设备用电量：计算公式为：

$W_i\left(t\right)=\underset{j=0}{\overset{m}{\Σ}}{P}_i{\mathrm{\Δt}}_j$

式中，W_i(t)表示编号为i的用电设备在整个t时段内能耗，P_i为该用电设备的额定功率，通过用户注册信息得到，△t_j表示在t时段内第j次设备开通的时间，通过提取SOE记录中智能终端开通时刻和关断时刻并做差得到。

应用程序服务器中通过提取顺序记录事件信息及存储的电气设备信息估算电气设备用电量，还包括：基于SOE和注册信息估算空调用电设备用电量，具体包括：

基于典型的全国逐月平均气温表，应用服务器根据用户智能节点IP地址和SOE时间查询当前时刻的室外平均温度；

根据设定温度和室外平均温度求取温差，根据典型房间热交换系数，结合房屋面积推算空调维持设定温度需要的制冷量，通过空调能效比换算成空调的平均功率，继而估算空调设备的用电量；

空调的平均功率具体公式包括：

${\stackrel{\‾}{P}}_{air}=\frac{V\mathrm{\ξ}|T_{set}-T_{out}|}{COP}$

式中V为房间面积，ξ为典型房屋单位面积的换热系数，T_set为空调设定温度，通过SOE记录提取，T_out为室外平均温度，通过SOE记录的时间查询典型气温表得到，COP为空调能效比；

空调设备的能耗估算公式如下：

$W_{air}\left(t\right)=\underset{j=0}{\overset{m}{\Σ}}\frac{V\mathrm{\ξ}|T_{set}-T_{out}|}{COP}{\mathrm{\Δt}}_j$

△t_j表示在t时段内第j次空调设备开通的时间，通过提取SOE记录中智能终端开通时刻和关断时刻并做差得到。m为电气设备总的开通次数。

本发明的有益效果：

本发明用于建筑电气设备的信息采集、处理、应用和展示，增强电气设备的动态管理。通过基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，能及时高效地进行电气设备的信息采集，采集方法包括手工录入、智能终端传感器感知、条码扫描输入等方式，其中手工录入可以在手机App端、服务器端、计算机端等进行，由此可实现对每个电气设备静态信息和动态信息的全面感知。所有信息存入到服务器端数据库，在应用服务器支持下实现数据的共享和使用。

应用服务器上的办公建筑电气设备管理软件通过相互关系对智能终端和建筑电气设备进行对应，并在相应的电气设备的属性中存储其所具有的静态信息和动态信息。办公建筑电气设备管理软件负责汇总每个电气设备的操作事件，由此给出相应的运行时间统计。

本系统提供Browser/Server+Client/Server管理查询界面，允许授权用户远程经过互联网或GSM/GPRS对每个电气设备与智能终端进行信息的录入、电气设备与智能终端关联关系的确立与解除、电气设备资产管理归属及每个电气设备操作情况进行查询、设备故障的管理、维修保养计划提醒等。

本发明应用在办公建筑、生态小区、智慧城市中电气设备管理中，能有效地对电气设备进行管理，实时感知电气设备的使用(折旧)状况、统计出每个用电设备的运行时间，为电气设备维修保养计划的制定，电气设备进行故障预警和报废提示提供准确的管理方案，从而保证电气设备高效安全的运行和为电气设备节能研究提供数据支撑。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图中，1、服务器，2、计算机，3、物联网节点，4、智能终端，5、建筑电气设备。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，本发明公开了基于物联网的办公建筑电气设备管理系统与方法，系统包括若干服务器1、若干计算机2、若干物联网节点3、若干智能终端4、若干建筑电气设备5。服务器1分为WEB服务器、数据服务器、应用程序服务器。数据服务器负责处理和存储建筑电气设备的静态信息、动态信息。WEB服务器负责办公建筑电气设备管理系统的WEB发布。应用程序服务器负责运行办公建筑电气设备管理的相关应用软件。计算机2是办公建筑电气设备物联网的重要组成部分之一，可用做工作站，也可作为用户终端。物联网节点3是办公建筑电气设备管理系统的核心部件，它不仅起到承上启下的网关作用，而且还担负特定建筑空间的智能终端4的无线组网的作用。智能终端4和建筑电气设备5有相互对应关系，其对应关系表存储在数据服务器中，供用户调用、查看和修改。智能终端4是由智能开关、智能插座、空调控制器、窗帘控制器、红外转发模块、环境模块等构成。

智能终端与建筑内电气设备有对应关系，智能终端与电气设备有一对一和二对一的对应关系；一对一即一个智能终端对应一台电气设备，如一只智能开关对应一只台灯；二对一即两个智能终端对应一台电气设备，如一只空调插座和一个红外转发模块对应一台空调。

物联网节点负责智能终端的无线自组网，被安装于建筑空间内的物联网节点负责管理相应建筑空间中的与电气设备相对应的智能终端的自组网；智能终端包含有智能开关、智能插座、红外转发模块、环境模块、热释电模块。

服务器通过物联网节点与智能终端侧的电气设备进行通信，电气设备管理应用服务器负责管理建筑内电气设备；基于物联网的办公建筑电气设备管理方法，通过采集建筑电气设备信息，经由物联网传输至应用服务器并存储至数据服务器中，由应用服务器上的建筑电气设备管理软件对电气设备进行设备运行时间统计、数据展示、事件记录、运维管理，并提供向上一层智慧城市管理层级的上传接口；基于物联网的办公建筑电气设备管理系统与方法，实现办公建筑电气设备的管理，为电气设备维修保养计划的制定，电气设备进行故障预警和报废提示提供准确的管理方案。

基于物联网的办公建筑电气设备管理方法首先采集建筑电气设备信息；然后经由物联网传输至应用服务器并存储至数据服务器中；接着应用服务器上的建筑电气设备管理软件对电气设备进行设备运行时间统计、数据展示、事件记录、运维管理等应用；最后用户可通过计算机或智能手机进行查询和管理建筑电气设备。此外，办公建筑电气设备管理系统还提供向上一层智慧城市管理层级的接口，具有数据上传功能。

本系统还包含办公建筑电气设备管理系统和办公建筑电气设备管理手机App。其中建筑电气设备管理系统运行在应用服务器上，对电气设备进行设备运行时间统计、数据展示、事件记录、运维管理等。手机App上进行数据查询、维修申请、维保查看、操作事件查询、电气设备明细、智能模块与电气设备对应关系查询、电气设备运行时间统计等。

建筑电气设备管理系统是基于B/S架构的运行于应用服务器上的管理软件，与物联网节点及智能手机交互，具有设备运行时间统计、数据展示、事件记录、运维管理等功能。

建筑电气设备管理系统进行设备运行时间统计，系统具有设备操作信息汇总功能，根据服务器中所记录的设备操作事件，统计任何与物联网连接电气设备运行时间。

建筑电气设备管理系统的数据展示，包括数据日报表、月报表、年报表、分项统计、历史曲线、饼图、柱状图。

建筑电气设备管理系统包括运维管理，根据SOE、电气设备静态信息、动态信息给出维护、控制和优化的统计、建议和提醒；保存设备维修申请和维修记录，设备维修可通过移动终端申请和查看。

办公建筑电气设备信息通过人工录入、条形码及二维码扫描、智能终端通过传感器感知等进行静态信息和动态信息采集。信息的人工输入可采用计算机和智能手机两种方式；服务器负责记录操作事件。每个建筑电气设备的静态信息包括生产厂商、国别、铭牌信息、产品序列号或二维码、生产日期、购入时间、固定资产信息、维保记录与信息、产品说明等；其动态信息包括对电气设备的操作事件记录、与智能模块的对应关系、传感器感知的参数等，这些动态信息和静态信息经由物联网传输至应用服务器并存储至数据服务器中。办公建筑电气设备管理软件具有数据上传功能，系统提供向上一层智慧城市管理层级的接口，实现数据上传。

本发明与传统的固定资产管理系统和设备管理系统不同的是，本发明通过物联网中的智能模块、智能手机、服务器、工作站或计算机终端采集办公建筑电气设备的操作事件记录，并在服务器中进行信息处理和汇总。系统所支持的对电气设备的动态管理建立在对每个电气设备操作事件的记录上，由操作事件记录和电气设备的静态信息分析统计出电气设备的操作次数、实际运行时间、制定出每个电气设备的维保计划，并提醒用户。所有分析后的数据在办公建筑电气设备管理软件中进行图、表、曲线等形式展示。本发明所公开的系统和方法为建筑电气设备管理和建筑节能提供数据支撑。

另一实施例子，本发明的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统还能实现对电气设备的用电量进行估算。

通过SOE和应用服务器中的电气设备的信息估算任一电气设备能耗的方法如下式所示：

$W_i\left(t\right)=\underset{j=0}{\overset{m}{\Σ}}{P}_i{\mathrm{\Δt}}_j$

如上式的计算公式中需要用到用电设备的功率P和开机工作时间，对于一般的电气设备其开机状态实际功率就等于用户注册的功率，但是对于空调设备，其实际运行功率和实际工作时间跟空调设定温度、房间大小、室外温度等都有关系，因此需要对上述计算方法进行修正，本发明提出一种改进的电能计算方式，以完成空调能耗的额估算。其实现方式如下：

首先在应用服务器中存储典型的全国逐月平均气温表，应用服务器可以根据用户智能节电IP地址和SOE时间查询当前时刻的室外平均温度。

根据设定温度和室外温度求取温差，根据典型房间热交换系数，结合房屋面积推算空调维持设定温度需要的制冷量，通过空调能效比(COP)换算成空调的平均功率。如下式所示：

${\stackrel{\‾}{P}}_{air}=\frac{V\mathrm{\ξ}|T_{set}-T_{out}|}{COP}$

最终通过如下公式实现空调设备的能耗估算：

$W_{air}\left(t\right)=\underset{j=0}{\overset{m}{\Σ}}\frac{V\mathrm{\ξ}|T_{set}-T_{out}|}{COP}{\mathrm{\Δt}}_j$

式中，V为房间面积，ξ为典型房屋单位面积的换热系数，T_set为空调设定温度，通过SOE记录提取，T_out为室外温度，通过SOE记录的时间查询典型气温表得到。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，其特征是，包括由若干服务器、若干物联网节点、若干智能终端及若干建筑电气设备组成的物联网，建筑电气设备通过智能终端连接至物联网节点；若干服务器包括应用程序服务器及数据服务器；

所述建筑电气设备的信息传输至应用程序服务器并存储在数据服务器端数据库中，建筑电气设备的操作事件记录在应用程序服务器中进行信息处理和汇总继而实现对电气设备的动态管理。

2.如权利要求1所述的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，其特征是，所述智能终端和建筑电气设备之间的表明其相互对应关系的对应关系表存储在数据服务器的数据库中。

3.如权利要求1所述的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，其特征是，所述物联网中还包括WEB服务器，用于与应用程序服务器通信，将电气设备的静态信息和动态信息进行WEB发布。

4.如权利要求1所述的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，其特征是，所述物联网中还包括若干计算机，若干计算机用做工作站或作为用户终端。

5.如权利要求1所述的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，其特征是，所述智能终端包括智能开关、智能插座、空调控制器、窗帘控制器、红外转发模块及环境模块。

6.如权利要求1所述的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，其特征是，所述建筑电气设备的信息通过人工录入、条形码及二维码扫描、智能终端通过传感器感知进行静态信息和动态信息采集。

7.如权利要求6所述的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，其特征是，每个建筑电气设备的静态信息包括生产厂商、国别、铭牌信息、产品序列号或二维码、生产日期、购入时间、固定资产信息、维保记录与信息及产品说明；其动态信息包括对电气设备的操作事件记录、与智能终端的对应关系及传感器感知的参数。

8.如权利要求1所述的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，其特征是，所述物联网节点根据所管理智能终端反馈的动作信息，对电气设备动作事件顺序记录并上报给应用程序服务器，应用程序服务器中通过提取顺序记录事件信息及存储的电气设备信息估算电气设备用电量；

所述电气设备动作事件形成的SOE信息包括智能节点ID号、智能终端ID号、智能终端动作信息、事件发生时间。

9.如权利要求2所述的基于物联网的办公建筑电气设备管理系统，其特征是，所述智能终端和建筑电气设备之间的对应关系根据使用情况修改，当电气设备需要更改与智能终端的对应关联关系时通过智能手机或管理计算机解除原先存储在应用程序服务器中的对应关系后重新确定新的对应关联关系。

10.基于物联网的办公建筑电气设备管理方法，其特征是，包括：

采集建筑电气设备信息：电气设备信息采集采用操作事件记录SOE、智能终端通过传感器感知、条形码及二维码扫描和人工输入方式并存互补的方式；

建筑电气设备信息经由物联网传输至应用程序服务器并存储至数据服务器中，建筑电气设备信息包括电气设备静态信息和动态信息；

建筑电气设备的操作事件记录在应用程序服务器中进行信息处理和汇总继而实现对电气设备的动态管理，包括应用程序服务器中通过提取顺序记录事件信息及存储的电气设备信息估算电气设备用电量；

通过计算机或智能手机对建筑电气设备进行查询和管理。